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烷基丙烯酸酯共聚物分散剂及其用途

阅读:254发布:2023-02-14

专利汇可以提供烷基丙烯酸酯共聚物分散剂及其用途专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且新 聚合物 分散剂,其包括加成反应产物,该反应产物是通过如下途经得到:使包括不同链长烷基 丙烯酸 酯的混和物的第一 单体 与包括烯属 羧酸 酰化剂的第二单体,在能够使第一和第二单体有效发生自由基聚合的条件下反应,生成包括酰化烷基丙烯酸酯共聚物的 基础 聚合物;并且其中该基础聚合物继续与 烃 基胺反应,生成胺官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂。该基础聚合物中间产物的数均分子量在约5000到约50000之间。该聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂具有很好的分散性、低温性能、增稠效果和抗 氧 化性能。当用于 发动机 润滑组合物时,它们还可以改善 燃料 经济性。它们还具有抗沉淀和抗沉积能 力 ,不会在加入它们的最终 流体 中引起或促进形成沉淀或沉积。,下面是烷基丙烯酸酯共聚物分散剂及其用途专利的具体信息内容。

1.一种分散剂添加剂,其包括通过如下方式得到的反应产物:
-使i)包括烷基丙烯酸酯的第一套单体,所述烷基丙烯酸酯包括三个不同 亚类,其中第一亚类为烷基原子数为1到4的烷基丙烯酸酯,第二亚类为烷 基碳原子数为8到16的烷基丙烯酸酯,和第三亚类为烷基碳原子数为17到30 的烷基丙烯酸酯;与ii)第二单体,该第二单体包括烯属羧酸酰化剂,在第一 和第二单体能够有效发生自由基聚合反应的条件下反应,以生成基础聚合物, 该基础聚合物包括重均分子量在约5000到约50000之间的酰化烷基丙烯酸酯 共聚物,和
-使该基础聚合物与基胺反应,生成官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物分 散剂。
2.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述基础聚合物的数均分子量在 约8000到约15000之间。
3.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述烃基胺选自聚亚烷基琥珀酰 亚胺、酰化聚亚烷基琥珀酰亚胺、烷基多胺、脂肪多胺和脂肪烷基醚多胺。
4.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述烃基胺是烷基多胺,选自二 亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、五亚 乙基六胺(PEHA)和双丙基哌嗪。
5.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述烃基胺包括聚异链烯基取代 的单琥珀酰亚胺。
6.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述烃基胺包括下式表示的酰化 单聚异丁烯琥珀酰亚胺:

其中,R1是碳原子数为约8到800的烃基,X是有2到3个碳原子的二价亚烷 基或仲羟基取代的亚烷基;A是氢或羟酰基,选自二醇、乳酰基、2-羟基-甲基 丙酰基和2,2’-双羟甲基丙酰基,并且其中所述A代表的基团的至少30%是所 述羟酰基,y是从1到6的数,R2是选自-NH2、-NHA或具有下式结构的烃 基取代琥珀酰基的基团

其中R1定义如上。
7.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中第一、第二和第三亚类烷基丙烯 酸酯单体的重量比例范围分别是约5∶95∶0.05到约35∶55∶10。
8.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述烷基丙烯酸酯具有如下结构 通式:

其中R3是氢或C1~C5烷基,R4是非取代或取代的C1~C30烷基,条件是选 择R4以有效提供具有所述摩尔比的第一、第二和第三亚类烷基丙烯酸酯单体。
9.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中R3是甲基。
10.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述第二单体包括不饱和二元 羧酸酸酐或其相应的酸。
11.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述第二单体选自来酸酐、 衣康酸酐、卤代马来酸酐、烷基马来酸酐、马来酸和富马酸,以及它们的组合 和衍生物
12.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述第一单体包括甲基丙烯酸 酯,第二单体包括马来酸酐。
13.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述基础聚合物包括衍生自约 99.9%重量到约80%重量的所述第一套烷基丙烯酸酯单体和约0.1%重量到约20 %重量的烯属酰化剂单体的单体单元。
14.权利要求1所述的分散剂添加剂,其中所述加成反应产物包括数均分 子量在约5000到约50000之间的多功能聚合物粘度调和剂。
15.一种添加剂浓缩物,按活性成分基础计,含有20~90%重量的载体或 稀释油,和约10%重量到约80%重量的权利要求1所述的加成反应产物。
16.一种润滑油组合物,包含主要量的具有润滑粘度的油和少量的权利要 求1所述的加成反应产物。
17.权利要求16所述的润滑油组合物,其中所述加成反应产物以约0.5% 重量到约18%重量的量存在于润滑油组合物中。
18.权利要求16所述的润滑油组合物,其中所述具有润滑粘度的油选自I 类油、II类油、III类油、IV类油、合成油及它们的混和物。
19.一种分散剂添加剂,具有约5000到约50000的数均分子量,包括具有 IIa和IIb结构的化合物的组合:

其中对于结构IIa和IIb,m限定为是n值的0.1%到20%;其中m与n之和在 5000到约50000之间;X代表衍生自通过胺基团的氮键合到分子上的官能化 胺的部分;R3是氢或C1~C5烷基;R4是非取代或取代的C1~C30烷基,条件 是选择R4以有效提供具有所述摩尔比的第一、第二和第三亚类烷基丙烯酸酯 单体。
20.一种润滑内燃机变速箱的方法,其中所述方法包括用权利要求16所 述的润滑油组合物润滑所述内燃机的变速箱。
21.一种润滑内燃机的方法,其中所述方法包括向所述内燃机的曲轴箱添 加权利要求16所述的润滑油组合物。
22.权利要求20所述的方法,其中所述内燃机选自柴油发动机、火花点火 发动机和排气再循环发动机(EGR)。
23.一种制备共聚物分散剂的方法,包括:
-使i)包括烷基丙烯酸酯的第一套单体,所述烷基丙烯酸酯包括三个不同 亚类,其中第一亚类为烷基碳原子数为1到4的烷基丙烯酸酯,第二亚类为烷 基碳原子数为8到16的烷基丙烯酸酯,和第三亚类为烷基碳原子数为17到30 的烷基丙烯酸酯;与ii)第二单体,该第二单体包括烯属羧酸酰化剂,在第一 和第二单体能够有效发生自由基聚合反应的条件下反应,以生成基础聚合物, 该基础聚合物包括数均分子量在约5000到约50000之间的酰化烷基丙烯酸酯 共聚物,和
-使该基础聚合物与烃基胺反应,生成官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物分 散剂。
24.权利要求23所述的方法,其中所述烃基胺包括具有多胺链连接的羟酰 基的烃基取代单琥珀酰亚胺。
25.权利要求23所述的方法,其中所述基础聚合物的数均分子量在约8000 到约15000之间。
26.权利要求23所述的方法,其中所述基础聚合物与所述烃基胺在惰性氛 下在约70℃到约160℃的温度范围进行反应。
27.权利要求23所述的方法,还包括通过使所述分散剂与选自酰化剂、羰 基化合物、源及它们的组合中的至少一种官能化化合物反应来对所述官能化 的聚烷基丙烯酸酯共聚物进行后处理。
28.权利要求23所述的方法,其中提供的官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物 分散剂包括具有IIa和IIb结构的化合物的组合:

其中对于结构IIa和IIb,m限定为是n值的0.1%到20%;其中m与n之和在 5000到约50000之间;X代表衍生自通过胺基团的氮键合到分子上的官能化 胺的部分;R3是氢或C1~C5烷基;R4是非取代或取代的C1~C30烷基,条件 是选择R4以有效提供具有所述摩尔比的第一、第二和第三亚类烷基丙烯酸酯 单体。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种润滑油添加剂,在用于润滑油组合物时,其可用作改进的 分散剂。

背景技术

分散剂添加剂用于悬浮油中的非油溶性树脂化产物和颗粒污染物。理想 情况下,这可降低淤渣(sludge)生成量、减少与颗粒有关的磨损、降低粘度 增加程度和减少与氧化有关的沉积物生成量。分散剂主要用于汽油发动机和重 型柴油发动机油中。它们也用于天燃气发动机油、航空活塞发动机油、自动变 速箱流体和某些型号的齿轮润滑剂中。可以获得和使用多种商业分散剂添加 剂。如,N-取代长链链烯基琥珀酰亚胺已被用为无灰分散剂。链烯基琥珀酸 中间物是通过烯聚合物(如聚异丁烯)与来酸酐缩合得到的。然后例如由 该中间物与胺化合物(如多胺)进行反应来制备分散剂添加剂的基础部分。其 它以前使用的分散剂包括高分子量酯类,如亚烷基二醇与取代的琥珀酸酐的反 应产物。其它已知的分散剂包括由高分子量烷基化酚制备的曼尼奇,如聚亚 烷基酚、多亚烷基多胺和的反应产物。油品化学家还在继续寻找在低浓度下 就能够具有最佳分散性能和低温性能的分散剂。本发明解决了用于润滑油和润 滑液的改进型分散剂需求问题。

发明内容

本发明涉及通过使马来酸酐和甲基丙烯酸单体混合物的共聚物与烃基胺 化合物进行反应制备的新型分散剂化合物。
在一实施方案中,新型聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂是通过如下方式得到 的加成反应产物:
-使(i)包括烷基丙烯酸酯的第一套单体,该烷基丙烯酸酯包括三个不同 亚类,其中第一亚类为烷基原子数为1到4的烷基丙烯酸酯,第二亚类为烷 基碳原子数为8到16的烷基丙烯酸酯,第三亚类为烷基碳原子数为17到30 的烷基丙烯酸酯;与(ii)第二单体,该第二单体包括烯属羧酸酰化剂,在第 一和第二单体能够有效发生自由基聚合反应的条件下反应,以生成基础聚合 物,该基础聚合物包括重均分子量在约5000到约50000之间的酰化烷基丙烯 酸酯共聚物,和
-使该基础聚合物与烃基胺反应,生成官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物分 散剂。基础聚合物与烃基多胺的反应如本文所述可以作为单阶段反应或多阶段 反应进行。
除了其它优点之外,根据本发明制备的基础聚合物和官能化聚烷基丙烯酸 酯共聚物粘度调节剂具有很好的分散性能、增稠效果、低温性能和/或抗氧化性 能。该分散剂产物具有改善的低温性能,尤其适用于曲轴箱配方包中。常规润 滑油中的一些必要组分,如摩擦改进剂和基油等级,一般都倾向于改进配方的 低温性能。然而,已经注意到其它组分,例如某些聚合物,例如聚异丁烯基分 散剂,会对油制剂的低温性能产生负面影响。尽管在配方中使用高等级基油(如 II类+或III类)可以改善油的燃料经济性,但那些高等级基油需要更为复杂的 炼制工艺,从而增加了所得到的油制剂的成本。已经发现,本发明实施方案中 具有改善的低温性能的分散剂添加剂可以减少或避免使用这些昂贵的基油。
本发明的添加剂分散剂还可以用于发动机油应用中,以与常规琥珀酰亚胺 类联合并且在成品油中更低的烯烃共聚物(OCP)加入量下改善或提高分散性 能、氧化、高温高剪切(HTHS)/燃料经济性和低温粘度(如,冷起动模拟器 (CCS)和小型旋转粘度计(MRV)性能)。特别地,它们在用于如曲轴箱润 滑剂和自动变速箱流体的润滑油中表现出了出众的低温性能。它们在多种的基 油中表现出了优异的低温性能。另外,使用含本发明实施方案中的分散剂添加 剂的油还实现改善的燃料经济性,例如经过系列VIB发动机试验测定。它们还 具有抗沉淀或沉积性能,并且含有它们的成品流体重不会引起或促进形成沉淀 或沉积。它们还是聚合物键合的抗氧化剂,具有增强润滑己的氧化稳定性和分 散性能的潜,这些性能收到常规低分子量抗氧化剂的热和氧化稳定性的限 制。
作为用于合成基础聚合物的共聚反应中的反应物,第一套单体包含具有如 下结构的三个亚类的烷基(烷基)丙烯酸酯单体:

其中,R1可以是氢或烷基,X代表非取代或取代的正烷基,条件是所述烷基丙 烯酸酯单体反应物包括第一亚类烷基(烷基)丙烯酸酯,其中X是碳原子数为 1到7,优选1到4的烷基(即“短”链长基团);第二亚类烷基(烷基)丙烯 酸酯,其中X具有的碳原子数为8到16(即“中等”链长基团);和第三亚类 烷基(烷基)丙烯酸酯,其中X具有的碳原子数为17到30(即“长”链长基 团)。共聚反应中采用的三个亚类即短/中/长三个亚类烷基丙烯酸酯的重量比分 别可以在约5∶95∶0.05到约35∶55∶10范围之内。取代的烷基可以包括例如环氧官 能烷基、官能烷基或基烷基。
在特定实施方案中,第一单体包括具有如下结构通式的三个亚类的烷基(烷 基)丙烯酸酯:

其中R3是氢或C1~C5烷基,R4是非取代或取代的C1~C30烷基,条件是所 述烷基丙烯酸酯单体反应物包括三个不同亚类,第一亚类烷基(烷基)丙烯酸 酯中的R4具有1到4个碳原子,第二亚类的R4具有8到16个碳原子,和第三 亚类的R4具有17到30个碳原子。此处,术语“烷基(烷基)丙烯酸酯”一般指 烷基(烷基)丙烯酸的酯和/或该前体酸本身,这可在本文的特定位置进一步指 明和界定。
所述第二单体可以包括不饱和一元羧酸酸酐、不饱和二元羧酸酸酐,或它 们相应的羧酸,其例如可以选自马来酸酐、衣康酸酐、卤代马来酸酐、烷基马 来酸酐、马来酸和富马酸及它们的组合和衍生物。适合的第二单体特别可以包 括不饱和二元羧酸酸酐和它们相应的酸,更特别是具有通式A1、B1、C1或D1 的那些:

其中Z优选氢,但也可以是有机基团,如支链或直链烷基、酸酐、酮基团、杂 环基或含1~12个碳原子的其它有机基团。另外,Z可以是卤素,如氯、溴或 碘。Q可以是OH或含1~8个碳原子的烷氧基。马来酸酐和衣康酸酐和/或其 相应的酸是特别合适的。基础聚合物可以包括源自约99.9wt%到约80wt%的烷 基丙烯酸酯单体和约0.1wt%到约20wt%的烯属酰化剂单体的单体单元。
所述烃基胺具有至少一个伯氮原子。烃基胺的实例包括但不限于聚链烯基 琥珀酰亚胺,如单或二聚异丁基琥珀酰亚胺;酰化聚链烯基琥珀酰亚胺,如酰 化单或二聚异丁烯基琥珀酰亚胺;烷基多胺,如多亚烷基多胺、聚异丁基胺、 脂肪多胺和脂肪烷基醚多胺。所述脂肪烷基醚多胺可以是例如C10~20烷氧基烷 基多胺。所述多亚烷基多胺可以选自例如二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四 胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、五亚乙基六胺(PEHA)和二氨基丙基 哌嗪。单聚异丁烯基琥珀酰亚胺(“PIBSI”)是一种特别可以使用的烃基胺。 单聚异丁烯基琥珀酰亚胺(PIBSI)可以例如通过多亚烷基多胺与约1当量的 聚(异)丁烯基琥珀酸酐(PIBSA)反应来制备。所述烃基胺反应物还可以包 含由下式代表的酰化聚异丁烯琥珀酰亚胺(“PIBSAD”):

其中,R1是碳原子数为约8到800的烃基,X是有2到3个碳原子的二价亚烷 基或仲羟基取代的亚烷基;A是R1、氢或羟酰基;Y是1到6的数;R2是选自 以下的基团:-NH2、-NHA或具有下式结构的烃基取代的琥珀酰基:

其中R1如上所述。
所述聚烷基丙烯酸酯分散剂是加成反应产物,其根据本发明实施方案可以 通过几种不同的反应途径制备。例如,在一实施方案中,由聚(异)链烯基取 代的琥珀酸酐(如PIBSA)和多胺(如多亚烷基多胺)的独立反应形成的反应 产物(如PIBSI)进一步与基础聚合物反应,以生成分散剂共聚物产物。在另 一实施方案中,基础聚合物与烷基醚多胺,如C12~C20或更高级烷基醚多胺反 应,以生成分散剂共聚物产物。在另一实施方案中,基础聚合物和聚链烯基取 代的琥珀酸酐(如PIBSA)混合,以形成它们的物理混和物或共混物,该混和 物与多胺反应,生成分散剂共聚物产物。在另一可选实施方案中,基础聚合物 与多胺反应生成中间物,中间物进一步与聚链烯基取代的琥珀酸酐(如PIBSA) 反应,生成分散剂共聚物产物。
对于分散剂应用,优选基础聚合物的数均分子量(Mn)在约5000到约 50000之间,更优选约8000到约15000,采用凝胶渗透色谱法测定。基础聚合 物可以具有约1.2到约2的多分散指数值。胺官能化的聚烷基丙烯酸酯产物可 以具有约5000到约120000的数均分子量,特别是约5000到50000,更优选约 5000到约35000。
在一非限制性实施方案中,基础聚合物(I)和用该基础聚合物制备的数 均分子量在约5000到约50000的官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂(Ha +IIb),分别具有如下结构:

其中对于结构I、IIa和IIb,m限定为是n值的0.1%到20%;其中m与n之 和在5000到约50000之间;X代表衍生自通过胺基团的氮键合到分子上的官 能化胺的部分;R3和R4代表与上述定义相同的基团。在特定实施方案中,X 衍生自结构为R’R”(NR)aNRR””的官能化胺,其中,R、R’、R”、R、R”” 独立地是H、烷基、烷芳基、芳烷基、环烷基或芳基烃,R是亚烷基、芳亚烷 基、亚环烷基、烷亚芳基或亚芳基,a为0~20。该分散剂产物通常是以IIa和 IIb结构化合物的物理混合物形式得到的。
还提供了添加剂浓缩物形式或成品润滑剂形式的本发明的新型润滑剂组合 物,其包括具有润滑粘度的油和有效量的所述官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物 反应产物(即所述加成反应产物)。润滑液组合物可以包括例如曲轴箱油、齿 轮油、EO、ATE和工业/AW液压流体。这些润滑剂组合物可以用于润滑内燃 机、发动机变速箱、齿轮和其它机械装置和部件。除了其它好处和优点之外, 在具有使用含本发明加成反应产物的润滑组合物润滑的发动机的装置中,本发 明的加成反应产物可以有效延长设备的换油期限。本发明还涉及用这些改进的 润滑组合物和化合物润滑的发动机。
应该理解,无论前面的概述还是后面的详述,以及参考引用的附图都只是 说明性和解释性的,目的是对要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图简述
唯一的附图示出了根据本发明的非限制性说明,制备基础聚合物中间物的 反应方案,以及利用该基础聚合物制备胺官能化的共聚物产物的几种可选择的 反应路线。

具体实施方式

一种新型官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物是这样一种方法的反应产物,该 方法包括将一套烷基丙烯酸酯单体(如本文所述,包括三各亚类的烷基丙烯酸 酯,分别具有短、中等和长烷基链长)与烯属羧酸酰化剂在自由基引发剂存在 情况下发生共聚,以提供含酰化烷基丙烯酸酯的基础共聚物,该基础共聚物继 续与烃基胺化合物反应,生成多官能聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂。该基础聚 合物本身也代表可用作润滑剂添加剂的新型化合物。
所述官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物产物或基础聚合物可以稀释到具有润 滑粘度的油中,得到润滑剂。其方便地可以直接使用,或以浓缩物形式提前稀 释到基油中用作润滑剂添加剂。其可用于润滑组合物中以实现一种或多种功 能,包括作为分散剂、抗氧化剂、成膜改进剂、沉积控制剂以及其它功能。其 特别是可以用作分散剂。
I.基础聚合物的制备
第一套单体
参考附图,示出了根据本发明的非限制性实施例制备本发明基础聚合物和 官能化共聚物产物的示例性反应方案。如其所示,在反应方案的初始工艺阶段 (“阶段1”)中,甲基丙烯酸酯(MeAc)和马来酸酐(MA)进行共聚,以生 成聚甲基丙烯酸酯-马来酸酐共聚物(MeAc-MA共聚物)。从随后的说明可 以注意到,本发明有比该附图中的示例性说明更广泛的应用。所述基础聚合物 是稳定的化合物,其可以在进一步官能化之前存储和处理。而且,本身作为有 益的润滑剂添加剂,根据特定应用,其无需进一步官能化而可直接使用。
更一般的说,作为合成基础聚合物的共聚反应(例如阶段1)的反应物, 第一套单体可以包括具有通式1a的丙烯酸酯或它们的酸:

其中,R1可以是氢或烷基,X代表烷基或Y,其中Y具有如下结构通式1:

其中R2可以是氢或烷基。在特定实施方案中,结构通式1a代表烷基(烷基) 丙烯酸酯,其中X代表非取代或取代的正烷基,条件是所述烷基丙烯酸酯单体 反应物包括第一亚类烷基(烷基)丙烯酸酯,其中末端烷基X具有1到7,优 选1到4个碳原子(即“短”链长基团);第二亚类烷基(烷基)丙烯酸酯, 其中烷基X具有的碳原子数为8到16(即“中等”链长基团);和第三亚类烷 基(烷基)丙烯酸酯,其中烷基X具有的碳原子数为17到30(即“长”链长 基团)。共聚反应中采用的三个亚类即短/中/长三个亚类烷基丙烯酸酯单体 (AAM)的重量比(即基于wt∶wt∶wt百分比基础)分别可以在约5∶95∶0.05 到约35∶55∶10范围之内。就是说,在共聚反应中,通常约5wt%到约35wt%的 短链AAM,约95wt%到约55wt%的中等链AAM,和约0.05wt%到约10wt% 的长链AAM可以用作反应物单体。
取代的烷基可以包括,例如环氧官能烷基、酮官能烷基或氨基烷基。
在可选实施方案中,结构通式1a代表丙烯酸酯,其中X代表具有上述结 构通式1的Y。
在特定实施方案中,例如附图所示例的那样,第一单体包括三个亚类的具 有如下结构通式2a的烷基(烷基)丙烯酸酯:

其中R3是氢或C1~C5烷基,R4是非取代或取代的C1~C30烷基,条件是所 述烷基(烷基)丙烯酸酯单体反应物包括三个不同亚类,第一亚类烷基(烷基) 丙烯酸酯中的R4是具有1到4个碳原子的烷基,第二亚类的R4是具有8到16 个碳原子的烷基,和第三亚类的R4是具有17到30个碳原子的烷基。
如上所述,此处使用的术语“烷基(烷基)丙烯酸酯”一般指的是烷基(烷 基)丙烯酸的酯和/或该前体酸本身,如具有结构(1a)的那些,其可能在后文 有进一步限定或限制,但也可能没有。在一实施方案中,烷基(烷基)丙烯酸 酯可以包括C1~C30烷基(甲基)丙烯酸酯,其中该命名的化合物的“C1~C30 烷基”部分相当于结构通式2a中的R4。此烷基(甲基)丙烯酸酯是带有每个 基团碳原子数为1到30的直链或含支链烷基的丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯。 就此方面而言,并且参考结构2a,本文有时使用术语“烷基(烷基)丙烯酸酯” 以方便地更具体地区分所命名的丙烯酸酯化合物的R4基团(相对应于首先提 到的烷基)及R3基团(相对应于接着提到的烷基)。
第一单体的非限制性实例包括例如甲基(甲基)丙烯酸酯、乙基(甲基) 丙烯酸酯、丙基(甲基)丙烯酸酯、戊基(甲基)丙烯酸酯、己基(甲基)丙 烯酸酯、庚基(甲基)丙烯酸酯、辛基(甲基)丙烯酸酯、壬基(甲基)丙烯 酸酯、癸基(甲基)丙烯酸酯、十一烷基(甲基)丙烯酸酯、十二烷基(甲基) 丙烯酸酯、十四烷基(甲基)丙烯酸酯、十二烷基十五烷基甲基丙烯酸酯、十 八烷基(甲基)丙烯酸酯、十六烷基(甲基)丙烯酸酯、十七烷基(甲基)丙 烯酸酯、十九烷基(甲基)丙烯酸酯、二十烷基(甲基)丙烯酸酯、二十一烷 基甲基丙烯酸酯、二十二烷基甲基丙烯酸酯、缩甘油基(甲基)丙烯酸酯和 氨丙基(甲基)丙烯酸酯,以及它们的共混物、混和物和组合。第一单体还可 以具有如下通式结构2:

其中,R1和R2含义与以上所述相同。
所述烷基(甲基)丙烯酸酯单体一般可以利用工业级脂肪醇,通过标准酯 化工艺制备。可以使用单一的烷基(甲基)丙烯酸酯或者它们的混合物。本领 域技术人员理解,少量的其他的可以和此处披露的烷基(甲基)丙烯酸酯聚合 的单体,只要不会不利地影响完全配制的流体的分散性能和低温性能(如当分 散剂与VI改进剂结合使用时,增加润滑流体的低温送粘度),是可以存在的。 一般地,其它单体的存在量为少于约5wt%,优选少于3wt%,更优选少于1wt %。例如,只要这些单体的存在不显著增加共聚物的极性,添加少量的如含氮 烷基(甲基)丙烯酸酯、含羟基或烷氧基的烷基(甲基)丙烯酸酯、乙烯、丙 烯、苯乙烯、醋酸乙烯酯等的单体都在本发明范围之内。
第二套单体
如附图所示,烷基丙烯酸酯单体与第二套单体反应,图中以非限制性方式 示出的是马来酸酐(MA)。第二套单体一般可以包括不饱和一元羧酸酸酐、不 饱和二元羧酸酸酐,或其相应的酸。适合的第二单体特别可以包括不饱和二元 羧酸酸酐和其相应的酸,更特别是具有通式A1、B1、C1或D1的那些:

其中Z优选是氢,但也可以是有机基团,如支链或直链烷基、酸酐、酮基团、 杂环基或其它碳原子数为1到12的有机基团。另外,Z可以是卤素,如氯、 溴或碘。Q可以是OH或含1~8个碳原子的烷氧基。
适合的第二套单体可以选自例如马来酸酐、衣康酸酐、卤代马来酸酐、烷 基马来酸酐、马来酸和富马酸,以及它们的组合和衍生物。这些单体的实例在 例如美国专利No.5837773中有说明,此处引用参考该专利。一般最优选马来 酸酐或其衍生物,由于其易于购得且容易反应。如果是不饱和乙烯共聚物或三 元共聚物,则优选衣康酸或其酸酐,因为其在自由基共聚化过程中具有降低的 生成交联结构的倾向。该烯属不饱和羧酸物质每摩尔反应物一般可以向聚合体 提供一或两个羧基。
自由基引发剂
在附图所示“阶段1”中,生成基础聚合物(即酰化的丙烯酸酯中间物) 的反应通常在自由基引发剂的协助下进行。可以使用的自由基引发剂包括例如 过氧化物、氢过氧化物、过酸酯和偶氮化合物,优选沸点高于100℃且在聚合 反应温度范围内热分解提供自由基的那些。这些自由基引发剂的代表实例是过 氧化苯甲酰、过苯甲酸1-丁基酯、过辛酸叔丁酯、氢过氧化枯烯、偶氮异丁 腈、2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)、2,5-二甲基己烷-2,5-双叔丁基过氧化 物和2,5二甲基己-3-炔-2,5-二叔丁基过氧化物等。引发剂的使用量以反 应混和物的重量计,在约0.005%到约1%之间。
适合的链转移剂可以包括硫醇(硫醇),如:月桂基硫醇、十二烷基硫醇、 乙基硫醇等。链转移剂使用量的选择是基于被合成地聚合物的所需分子量以及 所需的聚合物的剪切稳定性水平,即如果需要更剪切稳定的聚合物,则可以向 反应混和物中添加更多的链转移剂。特别地,相对于单体混和物,链转移剂以 0.01wt%到3wt%,更优选0.02wt%到2.5wt%的量加入到反应混合物中。
基础聚合物产物的分子量可以通过调整自由基引发剂和链转移剂的加入量 来控制。一般来说,在所有其它变量相等的情况下,使用增加水平的自由基引 发剂和链转移剂会降低最终基础聚合物产物的分子量,而降低它们的水平则对 产物的分子量有相反影响。
共聚反应设备及条件
为了制备本发明的基础聚合物(即酰化的烷基丙烯酸酯共聚物中间物), 烷基丙烯酸酯单体与烯属羧酸酰化剂的聚合可以在多种条件下进行,包括本体 聚合;溶液聚合,通常在有机溶剂中,优选矿物油;乳液聚合;悬浮聚合和非 水分散技术等。此反应既可间歇操作,也可连续操作。其可以以纯原料形式或 在溶液中在具备强力混合能力的连续流或是间歇反应器中进行。其也可以在挤 出机或类似的连续强力混合装置中进行。优选溶液聚合。在溶液聚合中,制备 了包括稀释剂、烷基丙烯酸酯单体、烯属羧酸酰化剂单体和聚合反应引发剂的 反应混和物。
所述稀释剂可以是任何惰性烃,优选是与所述共聚物随后将用于其中的润 滑油相容或相同的烃润滑油。所述反应混和物可以包括例如每100重量份 (pbw)全部单体约15到约400重量份稀释剂,更优选每100pbw全部单体约 50到约200pbw稀释剂。此处使用的“全部单体量”指最初即没有反应的混和 物中所有单体的总量。
在通过自由基聚合来制备本发明的共聚物中间物时,单体可同时聚合或以 任何顺序相继聚合。基础聚合物可以包含源自约99.9wt%到约80wt%烷基丙烯 酸酯单体和约0.1wt%到约20wt%烯属酰化剂单体的单体单元。在特定实施方 案中,总单体量包括80wt%到99.9wt%,优选90wt%到99wt%的C1~C30烷 基(甲基)丙烯酸酯;以及0.1wt%到20wt%,优选1wt%到10wt%的马来酸 酐。适合的聚合引发剂包括一旦受热就分解产生自由基的引发剂,如过氧化物 化合物,如过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过辛酸叔丁酯和氢过氧化枯烯; 以及偶氮化合物,如偶氮异丁腈和2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)。相对于全部 单体混和物,混和物包括约0.01wt%到约1.0wt%的引发剂。共聚合成反应在适 于提供聚合反应介质的油中进行,如矿物油或其它基油。
举例而言但不局限于此,反应混和物可以加入装有搅拌器、温度计和回流 冷凝器的反应器中,在氮气下搅拌加热到约70℃到约160℃,保持约0.5小时 到约6小时,来实施聚合反应。在另一实施方案中,例如约为25%到60%的 一部分反应混和物先装入反应器并加热。然后在搅拌下并且同时保持温度或所 述批料在上述范围,在约0.5小时-约3小时时间内将剩余部分反应混和物计 量加入反应器。作为上述工艺的产物,得到本发明共聚物在稀释剂中的粘稠溶 液。
工艺设备一般用氮气吹扫,以避免聚合物的氧化,并辅助排出未反应的试 剂和聚合反应的副产物。对工艺设备中的停留时间进行控制,以提供所需程度 的酰化并允许通过排气提纯基础聚合物产物。在排气阶段之后,可以任选向工 艺设备中加入矿物润滑油或合成润滑油以溶解基础聚合物产物。
对于分散剂应用,优选制备的基础聚合物的数均分子量在约5000到约 50000,特别是约8000到15000,利用凝胶渗透色谱法测定。基础聚合物的多 分散指数值可以在约1.2到约2之间。
真空汽提未反应的成分
完成共聚反应(“阶段1”)后,在进一步对基础聚合物进行官能化之前, 可以任选从基础聚合物除去和分离未反应的羧酸反应物和自由基引发剂。未反 应组分可以通过真空汽提从反应物质中移除,例如,可以将反应物质在真空搅 拌情况下加热到高达约250℃的温度,保持足够时间,以除去挥发性的未反应 单体和自由基引发剂成分。
基础聚合物(中间物)是稳定化合物,其可以在进一步官能化之前存储和 处理。同样,根据特定应用,其可能没有必要再进一步官能化,因为其本身作 为有益的润滑剂添加剂可以直接使用。在优选实施方案中,基础聚合物进一步 通过胺化反应进行官能化。官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂是所述新型 基础聚合物(即未胺化共聚物)的强化形式。
用基础聚合物制备分散剂化合物
再次参照附图,在工艺的第二阶段(“阶段2”),具有羧酸酰化功能的基 础聚合物与烃基胺化合物反应,生成聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂化合物。
如附图所示,聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂化合物是加成反应产物,其按 照本发明实施方案可以通过几种不同反应途径制备。如在“产物Rxn路线1” 中,在阶段2由聚(异)链烯基取代的琥珀酸酐(如PIBSA)与多胺(如多亚 烷基基多胺)的单独反应得到的反应产物(如PIBSI),继续与阶段1得到的基 础聚合物反应,生成分散剂共聚物产物。在标题为“产物Rxn路线2”的可选 方案中,基础聚合物与烷基醚多胺反应,生成分散剂共聚物产物。在标题为“产 物Rxn路线3”的可选方案中,基础聚合物与多链烯基取代的琥珀酸酐(如 PIBSA)混合,形成它们的物理混和物或共混物,该混和物与多胺反应,生成 分散剂共聚物产物。在标题为“产物Rxn路线4”的可选方案中,基础聚合物 与多胺反应生成中间物(“阶段2a”),该中间物与聚链烯基取代的琥珀酸酐(如 PIBSA)反应生成分散剂共聚物产物(“阶段2b”)。
这些烃基胺至少有一个伯氮原子。烃基胺化合物一般可以是例如芳香胺、 脂肪胺或多胺,或它们的组合。烃基胺化合物的实例包括但不限于聚链烯基琥 珀酰亚胺,如单-聚异丁烯基琥珀酰亚胺(PIBSI);酰化聚链烯基琥珀酰亚胺, 如单-聚异丁烯基琥珀酰亚胺(如PIBSAD);烷基多胺(如PIB胺);脂肪多 胺;和脂肪烷基醚多胺(如C10~20或更高级的烷氧基烷基多胺)。
诸如单聚异丁烯基琥珀酰亚胺(“PIBSI”)的单聚链烯基琥珀酰亚胺是可 以使用的一类特别的烃基胺,尤其是适用于附图中的产物Rxn路线1。单聚异 丁烯基琥珀酰亚胺(PIBSI)可以通过多亚烷基多胺与大约1当量的聚(异) 丁烯基琥珀酸酐(PIBSA)反应制备。PIBSA可以通过聚(异)丁烯与马来酸 酐按公知方式反应制备。在一实施方案中,PIBSI包括通常可以通过以下方法 制备的反应产物,该方法包括使多亚乙基多胺与烯基琥珀酸酐(PIBSA)反应 生成单-和/或双-烯基琥珀酰亚胺(PIBSI),其中反应物中PIBSA部分与胺单元 的比在3∶1到1∶1范围内,特别是在2∶1到1∶1,更特别是约1∶1。在一特定实施 方案中,单聚异丁烯基琥珀酰亚胺分散剂(PIBSI)可以通过多胺与1当量PIB -琥珀酸酐(PIBSA)的反应制备。用于该反应的反应物多胺合适地是这样的 胺,其具有至少两个碱性氮原子而且其中至少一个是伯氨基。羟基或烷氧基或 聚氧化烯基取代的多胺也可以在此反应中使用。可以使用的多胺的特别实例包 括:例如二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、 五亚乙基六胺(PEHA)、二亚丙基三胺(DPTA)、双(六亚甲基)三胺、1,3,6 -三氨甲基环己烷(TMAH)、三甲基六亚甲基二胺(TMD)、聚醚多胺、二乙 基氨基丙基胺(DEAPA)、1,4-双(3-氨丙基)哌嗪、乙二胺、二甲基氨基 丙基胺、N-羟乙基乙二胺、聚醚胺等。
在另一特定实施方案中,其特别可以用于产物Rxn路线1,用于胺官能化 基础聚合物的烃基胺化合物反应物可以包括用下式表示的酰化聚异丁烯琥珀酰 亚胺(PIBSAD):

其中,R1是碳原子数为约8到800的烃基,X是有2到3个碳原子的二价亚烷 基或仲羟基取代的亚烷基;A是R1、氢或羟酰基,y是从1到6的数,R2是选 自-NH2、-NHA或具有下式结构的烃基取代琥珀酰基的基团:

其中,R1定义如上。在一个非限制性实施方案中,A可以是选自二醇、乳酰 基、2-羟基-甲基丙酰基和2,2’-双羟甲基丙酰基的,并且其中所述A代表的基 团的至少30%是所述羟酰基。可选择的,A可以形成支化的基团,如其中A 是R1。
PIBSAD可以以如下方式制备,例如通过单和/或双链烯基琥珀酰亚胺 (PIBSI)与酰化化合物反应,从而形成酰化的单和/或双链烯基琥珀酰亚胺; 然后回收该酰化单和/或双链烯基琥珀酰亚胺。在制备PIBSAD的方法的实施 中,在“一锅煮反应”中,所述试剂逐步与含残余不饱和度的长链烃基取代的 二羧酸酸酐反应。该长链烃基是(C2~C10)聚合物,例如,(C2~C5)单烯, 聚合物的数均分子量(Mn)为约500到约10000。
与不饱和二元羧酸酸酐或酯反应的优选烯烃聚合物是含主要摩尔量的 (C2~C10)聚合物,如(C2~C5)单烯的聚合物。这种烯烃包括乙烯、丙烯、丁烯、 异丁烯、戊烯、1-辛烯、苯乙烯等。所述聚合物可以是均聚物,如聚异丁烯, 以及两种或更多此类烯烃的共聚物,如乙烯和丙烯、丁烯和异丁烯、丙烯和异 丁烯等的共聚物。其它共聚物包括其中含有较少摩尔量如1%到10%摩尔量的 (C4~C10)共轭二烯烃共聚物单体的共聚物,如异丁烯和丁二烯的共聚物;或 乙烯、丙烯和1,4-己二烯的共聚物;等等。
长链烃基取代的二元羧酸的生产原料,如本发明中使用的酸或酸酐,包括 取代有α-或β-不饱和(C4~C10)二元羧酸、它们的酸酐或它们的酯,如富马 酸、衣康酸、马来酸、马来酸酐、氯代马来酸、富马酸二甲基酯、氯代马来酸 酐及它们的混和物的长链烃,通常是聚烯烃(每摩尔聚烯烃通常平均为至少约 0.8)。
所述链烯基琥珀酸酐可以由以下结构式3表征:

其中,R3可以是与马来酸酐反应生成链烯基琥珀酸酸酐的聚烯烃残基(含残余 不饱和度)。R3可以具有范围是约500到约10000,优选约1000到约5000,更 优选约2000到约2500的数均分子量(Mn)。
所述多胺化合物可以选自如美国专利No.4482464和6117825中所述的芳 族多胺化合物,此处参考引用这些专利。
基础聚合物与前面所述的烃基多胺化合物之间的反应优选通过以下方式实 施:在惰性条件下加热基础聚合物溶液,然后一般在搅拌下将胺化合物加入到 加热的溶液中以实施反应。尽管并非必需,但方便的是使用加热到70℃至160 ℃的基础聚合物的油溶液,同时保持溶液处于氮气保护层下。将多胺化和物添 加到该溶液中,通常是滴加,如果多胺是固体则分份加入,并在所提出的条件 下实施反应。多胺化合物可以用任何矿物油、表面活性剂、溶剂或合成油溶解, 并且可以加入到含基础聚合物的矿物润滑油或合成润滑油中或溶剂溶液中。该 溶液可以在惰性气体吹扫的情况下,在搅拌下在70℃至160℃加热。该反应可 以在氮气吹扫下方便地在搅拌反应器中完成。该反应也可以以纯原料形式进 行,即不使用矿物油或其它介质。反应产物可以进一步在真空下加热,以进一 步分离产物。就优选方面讲,反应器中在油溶液中的基础聚合物与PIBSI或 PIBSAD在70℃至160℃在氮气下反应3小时。
可以任选地用来实施酰化聚合物与多胺化合物的反应的表面活性剂包括, 但不限于具有如下特性的那些:(a)与矿物润滑油或合成润滑油相容的溶解性 特性;(b)沸点和蒸汽压特性,从而不会改变油的闪点;和(c)适于溶解多 胺的极性。
合适的一类此类表面活性剂包括脂肪族和芳香族羟基化合物与环氧乙烷、 环氧丙烷或它们的混和物的反应产物。这些表面活性剂通常称为脂肪族或酚类 烷氧化物。代表性实例是SURFONICL-24-2、NB40、N-60、L-24-5、L-46-7 (HuntsmanChemical Company)、NEODOL23-5和25-7(Shell Chemical Company)和TERGITOL表面活性剂(Union Carbide)。优选的表面活性剂包 括含可以和酰化聚合物反应的官能团(如-OH)的那些表面活性剂。乙氧化 月桂醇(C12H25(OCH2CH2)nOH)是特别优选的。乙氧化月桂醇标识为CAS 9002- 92-0。该乙氧化月桂醇是工艺助剂和最终多功能粘度调节剂产物的粘度稳定剂。 该乙氧化月桂醇有助于将胺引入反应混和物中。其是确保不残留下未反应的酰 化官能度的反应剂。任何没有反应的酰化官能度都会导致成品润滑制剂中不希 望的粘度漂移。表面活性剂还可以改变多功能粘度调节剂产物的粘弹性响应, 以实现改进的低温(70至90℃)处理性能。
表面活性剂的使用量部分取决于其溶解多胺化合物的能力。一般,采用浓 度为5到40wt%的多胺。与上述浓缩物不同,或者除了上述浓缩物外,表面活 性剂还可以单独添加,从而在最终添加剂中表面活性剂总量是10wt%或更低。
另一实施方案中,特别用于“产物Rxn路线2”,与基础聚合物反应的 烃基胺是脂肪烷基醚多胺,如C12~C20或更高级的烷氧烷基多胺,特别是C12~ C20烷氧烷基二胺。这些脂肪烷基醚多胺的实例包括,例如十四烷氧基丙基-1,3- 二氨基丙烷;C12~14烷氧基丙基-1,3-二氨基丙烷;C12~15烷氧基丙基胺和其它可 在市场上由Tomah以商品名TOMAHDA-17购得的类似材料,等等。
所述胺官能化的聚烷基丙烯酸酯产物可以具有约50000到约1000000的数 均分子量。
分散剂产物结构
在一个非限制性实施方案中,基础聚合物(I),和数均分子量在约5000 到约50000之间的官能化聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂(IIa+IIb),分别具有 如下结构:

其中对于结构I、IIa和IIb,m限定为是n值的0.1%到20%;其中m与n之 和在5000到约50000之间;X代表衍生自通过胺基团的氮键合到分子上的官 能化胺的部分;R3和R4代表与上述定义相同的基团。也就是说,R3是氢或C1~C5 烷基;R4是非取代或取代的C1~C30烷基,条件是选择R4以有效提供具有所 述摩尔比的第一、第二和第三亚类烷基丙烯酸酯单体。在特定实施方案中,结 构I、IIa和IIb中的X衍生自结构为R’R”(NR)aNRR””的官能化胺,其中, R、R’、R”、R、R””独立地是H、烷基、烷芳基、芳烷基、环烷基或芳基 烃,R是亚烷基、芳亚烷基、亚环烷基、烷亚芳基或亚芳基,a为0~20。该 分散剂产物通常是以IIa和IIb结构化合物的物理混合物形式得到的。
颜色稳定化
在胺化反应后,也可以对酰化的烷基丙烯酸酯聚合物进行颜色稳定化,例 如通过使酰化的烷基丙烯酸酯与C7到C12烷基醛(如壬醛)进行反应。例如, 在和胺化反应类似的温度和压力条件下,加入数量为约0.2wt%到约0.6wt%的 烷基醛试剂,反应约2小时到约6小时。
过滤
为了提高胺化的、颜色稳定化的酰化聚合物产物的纯度,可以对其进行过 滤,例如袋式过滤或筒式过滤,或两者顺序进行。
本发明的官能化的聚烷基丙烯酸酯共聚物产物化合物可以任选进行后处 理,以带来特定润滑应用必需或理想的额外性能。后处理技术是本领域人员所 熟知的,包括例如化、磷酸化和马来酸化(maleination)。
III.润滑组合物
本发明的基础聚合物或多功能聚烷基丙烯酸酯共聚物产物,或它们的组 合,方便地可以直接使用,或以预先稀释到基油中的浓缩物形式使用,作为润 滑剂的独特添加剂。本发明的基础聚合物和多功能聚合物产物可用于使用基油 的润滑油组合物中,其中添加剂以足以提供所需功能的量溶解或分散于其中。 这类基油可以是天然的、合成的或它们的混和物。适于使用的基油包括如美国 专利No.6255261B1和6107257中所述的那些,在此参考引用这些专利的描述。
适用于制备本发明润滑油组合物的基油,包括那些通常用作火花点火和压 燃式内燃机(如汽车卡车、舰艇和路柴油发动机等)的曲轴箱润滑油的那 些。可以有利地使用含本文披露的独特分散剂添加剂的曲轴箱润滑油润滑的内 燃机包括以汽油、乙醇汽油和柴油燃料为动力的发动机。可以有益地被润滑的 柴油发动机包括但不限于重型柴油发动机,包括那些装有排气再循环(EGR) 系统的发动机。
除其它优点以外,在性能测试中已经观察到这些添加剂具有很好的分散性 能、低温性能、增稠效果和抗氧化性能。
本发明的分散剂添加剂还可以提供改善的CCS低温发动机性能和淤渣分 散性能。从观察到的研究结果来看,对于使用本发明分散剂添加剂的大多数标 准发动机性能测试都预期能获得增强的分散性能和燃料经济性改进。冷启动模 拟器(CCS)测试(ASTM D-5293)是用来测试配方的低温性能的标准方法。 该测试测定润滑剂在低温高剪切速率下的表观粘度。润滑油的冷启动粘度越 小,在低温下发动机越容易启动。-25℃下测试10W机油,粘度必须低于7000cP 才合格。这些条件下润滑剂的粘度直接关系到发动机的启动和启动稳定性。用 根据本发明的分散剂添加剂处理的油通过了CCS指标。
一般要求客车机油(PCMO)有助于车辆的淤渣控制。顺序VG测试 (Sequence VG test)对应于ASTM D6593-04-“Standard Test Method for Evalution of Automotive Engine Oils for Inhibition of Deposit Formation in a Spark-Ignition Internal Combustion Engine Fueled with Gasoline and Operated Under Low- Temperature,Light-Duty Conditions”。顺序VG测试方法在1996年之前就已经 与用于起停工作(stop-and-go service)的车辆联系起来,特别是考虑淤渣和 积炭(varnish)形成。其是评估需要符合API SL性能指标的油所需的测试方 法之一。顺序VG测试评估润滑剂的防淤渣和积炭形成的能力。顺序VG测试 是顺序VE、ASTM D5302淤渣和积炭的替代测试方法。模拟了中等温度的出 租车工作、城区和郊区送货车工作、往返班车工作。顺序VG润滑剂测试是一 种发动机测功器测试,除了没有评估磨损,其照搬了顺序VE测试。
通过在通常用于和/或适合用作曲轴箱油、动力传输流体、重型液压流体、 动力转向流体等的基油中使用本发明的添加剂混和物,也得到了有利的效果。 齿轮润滑剂、工业油、泵油和其它润滑油组合物通过在其中加入本发明的添加 剂混和物也能从中受益。
成品润滑油组合物除了本发明共聚物之外可以包括其它添加剂。例如,这 些润滑油制剂可以含有提供该制剂所需的特性的额外添加剂。这些添加剂的类 型包括其它的分散剂、粘度指数改进剂、抗氧化剂、防腐蚀剂、洗涤剂、降倾 点剂、抗磨剂、消泡剂、破乳剂、极压剂和摩擦改进剂。
在制备润滑油制剂的过程中,通常的实践是在烃油例如矿物润滑油或其它 适合溶剂中的10wt%到80wt%活性成分浓缩物的形式加入添加剂。
在生产成品润滑剂如曲轴箱机油时,通常每重量份的添加剂包可用3到100 重量份,例如5到40重量份润滑油稀释这些浓缩物。当然,使用浓缩物的目 的是为了使各种材料的处理更容易和简单,同时便于在最终共混物中溶解和分 散。因此,基础聚合物和/或多功能聚烷基丙烯酸酯共聚物的总量一般以10wt %到50wt%的浓缩物的形式使用,例如,在润滑油级分中。在一实施方案中, 基础聚合物和/或多功能聚烷基丙烯酸酯共聚物分散剂在成品润滑油中的总量在 约0.1wt%到约20wt%,特别是约1wt%到约5.0wt%,更特别是约0.5wt%到 约2.5wt%。
本发明的基础聚合物和/或多功能聚烷基丙烯酸酯共聚物一般与润滑油基 原料混合使用,润滑油基原料包括具有润滑粘度的油,包括天然润滑油、合成 润滑油和它们的混和物。天然油包括动物油植物油(如蓖麻油和猪油);液 态石油;和链烷类、环烷类和混合的链烷-环烷类的加氢精制、溶剂处理或酸处 理的矿物润滑油。具有润滑粘度的源自页岩的油也是有用的基油。用于本 发明的合成润滑油包括任何通常使用的合成烃油,其包括但不限于聚α烯烃; 烷基化芳族化合物;烯化氧聚合物、共聚物、三元共聚物、互聚物(interpolymer) 和它们的衍生物,在这里这些物质的端羟基已经通过酯化、酯化等改性;二元 羧酸的酯以及油。
本发明进一步涉及在车辆中延长润滑油换油间隔的方法。所述方法包括在 车辆的曲轴箱添加上述的润滑油组合物并运行。
以下实施例说明本发明新型聚合物的制备和使用。所有的量、百分比、份 数和比例都是重量,除非特别说明。
实施例
制备代表本发明非限制性实施方案的分散剂添加剂并进行性能测试。
基础聚合物制备。酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物,作为基础聚合物 (“BP1”~“BP7”),首先按照如下方式制备。丁基甲基丙烯酸酯(“BMA”, MW=142.2)、月桂基甲基丙烯酸酯(“LMA”,MW=262.2)和十六烷基甲基 丙烯酸酯(“CMA”,MW=327.6),与马来酸酐(“MA”,MW=98.06)、月 桂硫醇(“LSH”)和偶氮异丁腈(AIBN)在配备有氮气保护气氛和两个在反 应期间以300rpm旋转的搅拌叶轮的2升反应器中混合。在约79-85℃下反应 约4小时,然后在100℃下反应1小时。没反应的马来酸酐和自由基引发剂通 过加热反应物料到120℃并减压去除。反应物数量和如此得到的几种代表性共 聚物产物的性质示于表1中。
表1
  基础聚合物样品   %AIBN   %LSH   %MA   %BMA   %LMA   %CMA   Mw   Mn   BP1   0.25   2.5   5.00   11.0   57.0   0.3   12019   7615   BP2   0.09   0.44   1.00   12.0   60.0   0.3   31510   NA   BP3   0.24   2.45   7.50   11.0   57.0   0.3   13588   8442   BP4   0.09   0.44   1.00   12.0   60.0   0.3   53439   32068   BP5   0.24   2.45   5.00   10.56   54.74   3.0   12861   8189   BP6   0.25   2.5   5.00   11.0   57.0   0.3   12611   8625   BP7   0.24   1.40   5.00   11.0   57.0   0.3   20585   13040
官能化(胺化)反应.由此得到的BP1-BP7中的一些基础聚合物然后分 别进一步与烃基胺化合物按如下方式反应,生成样品分散剂1-7。分散剂产物 制备中使用的数种琥珀酰亚胺反应物的生产方法在下面也有描述。对合成的官 能化产物的几种物理性能进行了测试,结果列于下面的表2。
琥珀酰亚胺反应物的制备:
琥珀酰亚胺A(PIBSI):
在3升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中加入 960克PIBSA(TAN 0.552),然后在氮气下搅拌加热到180℃。在30分钟内滴 加100.2克TEPA。在真空下,在180℃加热反应混和物3小时。反应混合物用 382克工艺用油(process oil)稀释,然后过滤,得到1321.2克所需产物。
琥珀酰亚胺B(PIBSI):
在2升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中加入 587.6克PIBSA(TAN 0.902),然后在氮气下搅拌加热到155℃。在30分钟内 滴加100.2克TEPA。在真空下,在155℃加热反应混和物3小时,然后转移到 容器中。
样品1分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜内 加入92克BP1的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物、216.6克工艺用油和58.2 克琥珀酰亚胺B。然后在氮气下在130℃加热反应混和物3小时。在氮气下搅 拌加热反应混合物3小时,然后再在真空下搅拌加热2小时。将反应混和物转 移到广口瓶中,得到309克产物。
样品2分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜内 加入92克BP6的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物、216.6克工艺用油和58.2 克琥珀酰亚胺B。然后在氮气下在130℃加热反应混和物3小时。在氮气下搅 拌加热反应混合物3小时,然后再在真空下搅拌加热2小时。将反应混和物转 移到广口瓶中,得到301.3克产物。
样品3分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜内 加入100克BP3的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物、422.9克工艺用油和89克 琥珀酰亚胺B。然后在氮气下在130℃加热反应混和物3小时。在氮气下搅拌 加热反应混合物3小时,然后再在真空下搅拌加热2小时。将反应混和物转移 到广口瓶中,得到574.2克产物。
样品4分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜内 加入92克BP6的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物、204.2克工艺用油和135.2 克琥珀酰亚胺1。然后在氮气下在130℃加热反应混和物3小时。在氮气下搅 拌加热反应混合物3小时,然后再在真空下搅拌加热2小时。将反应混和物转 移到广口瓶中,得到403.6克产物。
样品5分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜内 加入100克BP5的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物、359.7克工艺用油和59.3 克琥珀酰亚胺B。然后在氮气下在130℃加热反应混和物3小时。在氮气下搅 拌加热反应混合物3小时,然后再在真空下搅拌加热2小时。将反应混和物转 移到广口瓶中,得到456.2克产物。
样品6分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中 加入59.3克琥珀酰亚胺B并在氮气下搅拌加热到130℃。向该被搅拌的混和物 中加入718.8克稀释的BP7的酰化的甲烷基基丙烯酸酯共聚物(用工艺油稀释, 制备20%活性溶液)。在氮气下,反应混和物搅拌加热3小时,然后再在真空 下搅拌加热2小时。反应混和物转移到广口瓶中,得到750.5克产物。
样品7分散剂:
在3升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中加入 845.7克PIBSA(TAN 0.946)、40克BP1的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物和 1134.5克工艺用油。在氮气下,将反应混和物搅拌加热到130℃。通过加料漏 斗向该混和物中加入52.8克TEPA。在氮气下,反应混和物搅拌加热3小时, 然后再在真空下搅拌加热2小时。反应混和物转移到广口瓶中,得到1992克 产物。
样品8分散剂:
在3升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中加入 845.7克PIBSA(TAN 0.946)、85克BP1的酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物和1202 克工艺用油。在氮气下,将反应混和物搅拌加热到130℃。通过加料漏斗向该 混和物中加入52.8克TEPA。在氮气下,反应混和物搅拌加热3小时,然后再 在真空下搅拌加热2小时。
样品9分散剂:
在1000毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中 加入588.8g稀释的BP3酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物(用工艺用油稀释, 制备40%活性溶液)并在氮气下搅拌加热到130℃。向此搅拌混和物中加入78 克烷基醚二胺(TOMAH的TOMAHDA-17)。在氮气下,反应混和物搅拌加 热3小时,然后再在真空下搅拌加热2小时。反应混和物转移到广口瓶中,得 到652.8克产物。
样品10分散剂:
在500毫升的装有顶部搅拌器、迪安-斯脱克分水器和热电偶的树脂釜中 加入100克酰化的烷基甲基丙烯酸酯共聚物BP3和322.5克工艺用油。在氮气 下,反应混和物搅拌加热到150℃。向此搅拌混和物中加入6.9克1,4-双(3-氨 丙基)哌嗪。在氮气下,反应混和物搅拌加热4小时,然后再在真空下搅拌加 热1小时。反应混和物转移到广口瓶中,得到419.4克产物。
表2
  分散剂   活性   N(%)   TBN   KV@100   样品2   0.40   0.93   17.2   145.9   样品4   0.40   0.69   13.1   177.5   样品3   0.30   0.83   15.3   137.2   样品5   0.30   0.64   12.1   56.5   样品6   0.20   0.412   8.0   51.2   样品8   0.40   0.91   14.8   122.7   样品7   0.40   0.94   15.0   116.1   样品9   0.40   24.4   50.6   样品10   0.20   0.49   9.6
实施例2
标注为样品1*、3*、5*、6*、8*的本发明的几个其他的代表性分散剂化 合物分别采用样品1、3、5、6和8使用上述的基本反应过程制备,在GF-4 5W30PCMO配方中,在性能测试包括运动粘度测试(KV100)和CCS测试中 对这些样品的共混性能进行了评价。结果见表3。所述代表性的分散剂化合物 以相等的聚合物含量进行共混。完全配制的油含H5751,一种从AftonCorporation 购得的商业VI改进剂。对比样品1使用了商业分散剂的混和物。
表3
  分散剂   KV100   CCS(-30C)   VI改进剂wt%   对比样品1   10.98   6128   8.70   样品1*   11.03   5236   9.20   样品3*   11.16   5468   6.50   样品5*   10.93   5361   8.30   样品6*   11.10   5570   6.30   样品8*   10.87   5388   8.70
还制备了部分用于顺序VG发动机测试的分散剂添加剂样品6*,并共混 到SAE 5W30润滑油中。在工业分散剂淤渣测试(即顺序VG发动机测试)中 比较该分散剂和某市场上可购得的分散剂的容纳淤渣的性能,以测定平均发动 机淤渣(AES)。结果见下表4。顺序VG发动机淤渣和积炭沉积测试是燃烧的 发动机测功器实验,其评估润滑油减小淤渣形成和积炭沉积物的能力。该测试 是顺序VE测试(ASTM D 5302)的替代。该测试方法是循环测试,总运行周 期是216小时,包含54个每个4小时的循环。测试发动机是福特4.6L、火花 点火、四冲程、八缸“V”构造发送机。此发动机的特点包括双顶置凸轮轴、 横流快速燃烧汽缸盖设计、每缸两电子燃油喷射。在每个测试之前都有90 分钟的磨合,因为每个测试都要使用新的发动机。一旦完成上述测试,发动机 被分解,并评定淤渣情况。计算每个样品的平均发动机淤渣。所述改进的分散 剂添加剂和上面描述的相同,所述常规分散剂是如上所述的双-琥珀酰亚胺。
表4
  分散剂  平均发动机淤渣评定(AES)   样品6*  8.24   HiTEC1932分散剂  8.07
应理解,AES评定越高,润滑剂的淤渣处理能力越好。7.8以上的评定是 顺序VG发动机测试的合格评定。
虽然本发明已经参考特定方法和产品实施方案进行了特别描述,但是应理 解,基本本发明的公开可以存在各种替代、改进和改动,这些替代、改进和改 动都处于后附权利要求所界定的本发明的精神和范围之内。
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